钛合金球与骨水泥界面之间的微动磨损机制研究

采用钛合金球与自制骨水泥试样以球/平面接触方式,在自制的微动摩擦磨损试验机上开展干摩擦和25%小牛血清介质中切向微动磨损试验研究,考察钛合金球与骨水泥界面之间的微动运行特性,并采用S-3000N型扫描电镜观察磨痕形貌来分析其微动磨损机制。结果表明:随着微动振幅的增加,微动运行由部分滑移区向混合区转变。随着接触载荷的增加,试样接触面之间更容易发生黏着。与干摩擦相比,在小牛血清溶液中部分滑移区向较大振幅区扩展。部分滑移区摩擦因数值较低且保持稳定,混合区的摩擦因数先增大后保持不变。稳定摩擦因数随着接触载荷的增加而减小,随微动振幅增大而增大。骨水泥试样的磨损量在小牛血清介质中比在空气中大,并且随接触载荷增大而增大。骨水泥在小牛血清介质中微动磨损的损伤机制主要为黏着磨损和疲劳磨损,溶液分子在应力作用下对骨水泥基体有削弱作用。     

AZ91D镁合金微动磨损特性研究

采用液压高精度材料试验机考察了平面一球面接触的AZ91D镁合金摩擦副的微动磨损行为，分析了位移幅值、法向载荷和频率等参数对摩擦因数和磨损体积的影响，考察了不同实验条件下的磨斑形貌，并探讨了其磨损机理。结果表明：AZ91D镁合金的微动区域可分为部分滑移区、混合区和滑移区3个区域，粘着磨损、疲劳磨损和磨粒磨损分别是3个区域的主要磨损机制；磨损体积随着位移幅值和法向载荷的增加而增大，但却随着频率的增大而减小。在微动部分滑移区和混合区，摩擦因数随着位移增大迅速增加；在微动滑移区，摩擦因数随法向载荷的增大而减小，而位移幅值和频率对摩擦因数的影响较小。     

LZ50车轴钢转动微动摩擦学特性研究

在新型转动微动磨损试验机上,进行LZ50车轴钢/GCr15钢在法向载荷为10N、转动角位移幅值为0.125°～0.5°的转动微动磨损试验。在摩擦动力学行为分析的基础上,结合磨痕的微观分析,研究材料的转动微动磨损机理。结果表明,LZ50车轴钢的微动运行区域仅呈现部分滑移区和滑移区,未观察到混合区。滑移区的摩擦因数明显高于部分滑移区;摩擦因数随着转动角位移幅值的增加而增大。车轴钢在部分滑移区损伤轻微,磨痕呈环状;而在滑移区,接触中心呈现材料塑性流动累积造成"隆起"特征,LZ50钢的转动微动磨损机制主要为磨粒磨损、剥层和氧化磨损。     

TiAlZr合金微动磨损性能研究

采用高精度液压式微动磨损试验机研究了TiA lZr合金在不同微动运行区域的微动磨损行为,建立了其运行工况微动图。试验结果表明:滑移区、混合区和部分滑移区的摩擦因数随循环次数变化呈现不同的规律,其中部分滑移区摩擦因数较低,磨损体积随着位移幅值的增大而增大;滑移区、混合区磨损体积随着法向载荷的增加而增大,而部分滑移区磨损体积随着法向载荷的增加而减小;滑移区磨屑堆积于中心区域,磨损以磨粒磨损和剥层机制为主;混合区磨损机制主要表现为粘着磨损与磨粒磨损并存;部分滑移区磨损轻微。     

干摩擦下速度与载荷对AISI 1045钢磨损行为的影响

为探讨AISI 1045钢的切削、磨削加工过程中材料的磨损机制随加工参数的变化规律,采用CFT-1型多功能材料表面综合性能测试仪对AISI 1045钢进行干摩擦磨损实验,研究干摩擦条件下不同摩擦速度、不同载荷对AISI1045钢磨损行为的影响,并用扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)对磨痕表面进行分析。结果表明:随着摩擦速度增大,AISI 1045钢的摩擦因数显著减小,磨痕深度先增加后减少,磨损机制由黏着磨损、磨粒磨损与轻微氧化磨损共同作用转变为氧化磨损、磨粒磨损和局部疲劳剥落;随着载荷增大,摩擦因数均值变化不大,磨痕深度依次增加,磨损机制由轻微黏着磨损和磨粒磨损转变为黏着磨损、磨粒磨损和轻微氧化磨损的共同作用。     

Ti6Al4V合金在Saline溶液中的微动腐蚀特性

采用液压高精度微动试验机,做了Ti6A l4V/Si3N4摩擦副在干态、蒸馏水和Saline溶液等3种介质中的微动腐蚀试验,用激光共焦扫描显微镜(LCSM)观察了磨痕表面形貌并测量了磨损体积。结果表明:蒸馏水和Saline溶液改变了微动运行区域;空气中的摩擦因数与磨损体积最大,Saline溶液中最小,3种介质中的摩擦因数与磨损体积均随位移增加而增加;载荷增加时,磨损体积增大而摩擦因数减小;较大位移时,腐蚀与磨损交互作用显著地加速了Ti6A l4V的材料流失;微动损伤主要表现为剥落与磨粒磨损共同作用。     

中性腐蚀环境下钢丝的微动疲劳行为

在自制的微动疲劳试验机上开展中性腐蚀环境下单根钢丝的微动疲劳实验,考察在相同接触载荷下,不同振幅对钢丝的微动疲劳行为的影响,并用扫描电子显微镜观察疲劳钢丝的磨痕和断口形貌,研究钢丝微动疲劳断裂机制.结果表明:在较大的振幅下,钢丝的微动区均处于滑移状态,而在较小振幅下,钢丝的微动区从滑移状态逐渐转变为黏着状态;磨损机制主要为磨粒磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损和塑性变形;钢丝疲劳寿命随着微动振幅的增大而减小;钢丝的疲劳断口可分为3个区域,即疲劳源区、裂纹扩展区及瞬间断裂区.     

离子渗氮／ 渗硫层转动微动摩擦学行为研究

利用渗氮/渗硫复合处理在LZ50钢表面制备离子渗氮/渗硫层,在干态及不同角位移幅值下对渗层及其基体材料进行转动微动磨损试验,利用扫描电子显微镜、能谱仪和2D/3D轮廓仪对磨痕进行微观分析。试验结果表明：渗氮/渗硫层改变了基体材料的微动运行工况图,部分滑移区和滑移区边界向部分滑移区移动,滑移区运行范围增大;在部分滑移区,渗层的摩擦因数明显低于基体材料,其损伤十分轻微;在滑移区,次表层剥落的硬质颗粒使得稳定阶段摩擦因数高于基体材料,磨损机制为磨粒磨损、氧化磨损和剥层。     

高温下位移幅值对TC4合金磨损性能的影响

钛合金的微动磨损会加速裂纹的形成与扩展,导致其构件提前失效。利用摩擦磨损试验机考察TC4合金在300和500℃温度下的微动磨损行为,利用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜对磨痕轮廓及磨痕表面进行分析,探讨在300和500℃温度下TC4合金在不同位移幅值作用下的微动磨损机制。实验结果表明：高温条件下,试样平均摩擦因数和磨损率随位移幅值的增加呈现先增大后减小的趋势;两种高温环境中,小位移幅值时,微动运行区域为部分滑移区,主要损伤机制为黏着磨损和氧化磨损;位移幅值为100μm时,微动运行区域为混合滑移区,主要磨损机制为氧化磨损、剥层磨损及塑性变形;大位移幅值时,微动运行区域为完全滑移区,主要磨损机制为磨粒磨损和疲劳磨损。对比300和500℃条件下磨损结果,表明温度越高TC4合金耐磨性能越好,这主要是由于摩擦生成的氧化物TiO₂和Fe₂O₃对磨损表面具有保护作用。     

桨-毂轴承材料扭动微动磨损行为研究

采用面接触扭动微动形式,以动力定位系统可调距螺旋桨桨-毂轴承摩擦副材料(CuNiAl-42CrMo4)为对象,以不同的角位移幅值模拟海水波动影响下的微动磨损行为,并结合扫描电子显微镜和超景深三维显微镜对磨痕形貌进行分析,探究桨-毂轴承摩擦副材料扭动微动磨损规律。结果表明,随着角位移幅值的增加,扭动微动依次运行于部分滑移区、混合区、滑移区,摩擦因数减小,同时磨损量增加,微动损伤中剥层机制所占的比例逐渐增加,且由于疲劳裂纹扩展的不利影响,实际运行过程中要尽量避开混合区。     

镍基单晶高温合金微动摩擦磨损特性研究

采用SRV-IV微振动摩擦磨损试验机研究了航空发动机材料DD6镍基单晶高温合金的室温微动摩擦磨损特性.微动试验条件为:试验块与合金球水平垂直接触干摩擦,正向载荷为50～180 N,振幅为60 μm,频率为50 Hz,循环次数为1×105次.试验结果表明:随着正向载荷的增大,磨痕中心区域磨损特征由微凹坑转变为平坦的挤压层;微动摩擦系数大幅度降低60％,微动磨损体积减少88％;微动磨损主要形式为磨粒磨损、黏着磨损、氧化磨损以及造成表面材料脱落的疲劳磨损.     

人股骨皮质骨轴面微动摩擦磨损特性研究

采用高精密微动试验台外加体液恒温循环装置,在一定法向载荷和不同位移幅值条件下,研究了天然活性人股骨皮质骨对纯钛的微动摩擦磨损行为。试验结果显示：随位移幅值的增加,股骨皮质骨的微动运行状态从部分滑移向完全滑移状态转变,详细讨论了不同位移幅值下摩擦因数随循环次数的演变规律。微观观察表明：接触表面处于部分滑移状态时损伤轻微,而在完全滑移状态下磨损较严重。人股骨皮质骨的磨损机理主要表现为磨粒磨损和微骨折导致的剥层剥落。微动磨痕的深度随位移幅值的增加而增加,而且磨痕深度与摩擦因数有很好的对应关系。研究认为控制植入体/骨界面的微动幅度有利于提高皮质骨抗微动损伤的能力。     

TC4合金微动磨损过渡区摩擦行为

为研究TC4合金微动磨损过渡区摩擦行为特点,采用SRV-IV微动摩擦磨损试验机,对球/平面接触的GCr15钢球/合金TC4摩擦副在100 N法向载荷下进行微动磨损试验,得到TC4合金微动磨损过渡区的范围,分析不同状态下摩擦因数演变及磨痕表面形貌特点,研究磨损机制的变化。结果表明:微动状态下,摩擦因数在磨合阶段波动剧烈,达到稳定磨损阶段后趋于稳定,且稳定状态下的摩擦因数随着位移幅值的增加而增加;往复滑动状态下,不同位移幅值下的摩擦因数曲线近乎重合且波动剧烈;微动磨损过渡区的摩擦因数变化处于2种状态的转变阶段。微动状态下,磨痕表面轮廓线粗糙,损伤轻微,磨损机制以黏着磨损和疲劳剥层为主;往复滑动状态下,轮廓线更光滑且损伤严重,磨损机制以磨粒磨损及塑性变形为主;微动磨损过渡区轮廓线由粗糙变为光滑,磨损深度及宽度突增,磨损机制由黏着磨损转变为磨粒磨损。     

微动疲劳参数对钢丝微动疲劳磨损演化的影响*

微动疲劳易引起钢丝表面磨损和横截面积损失,进而造成钢丝断裂失效并缩短钢丝绳使用寿命。不同微动疲劳参数（接触载荷、疲劳载荷、钢丝直径和交叉角度）引起差异的钢丝微动疲劳磨损特性,故研究微动疲劳参数对钢丝微动疲劳磨损演化规律影响至关重要。基于摩擦学理论和Marc仿真软件构建钢丝微动疲劳磨损模型,探究接触载荷、疲劳载荷、交叉角度和钢丝直径对钢丝微动疲劳磨损演化的影响规律。结果表明：钢丝微动疲劳磨损体积主要与接触载荷和疲劳载荷有关;疲劳钢丝的磨损深度、磨损率及磨损体积随着接触载荷的增加而增大,且不同接触载荷下疲劳钢丝磨损体积均随着循环次数的增加而呈线性增加;随疲劳载荷幅值的增加,疲劳钢丝的磨损深度、磨损率及磨损体积均呈增加趋势;在不同疲劳载荷范围下疲劳钢丝的磨损体积均随着循环次数的增加而呈线性增加;当接触载荷、疲劳载荷及钢丝间摩擦因数相同时,不同交叉角度和不同加载钢丝直径下疲劳钢丝的磨损体积相同。     

离子渗硫层在油润滑条件下的转动微动摩擦磨损性能

利用低温离子渗硫技术在LZ50钢表面制备渗硫层,在干摩擦和油润滑条件下开展不同角位移幅值的渗硫层转动微动磨损试验,并利用扫描电子显微镜、能谱仪和轮廓仪对磨斑进行微观分析。试验结果表明:与干摩擦相比,油润滑条件下离子渗硫层呈现出不同的微动运行工况图,部分滑移区和滑移区的界限向左移动,滑移区的运行范围增大;在部分滑移区,渗硫层在油润滑条件下的摩擦因数几乎不变,且明显低于干摩擦,损伤十分轻微;在滑移区,渗硫层在油润滑条件下的摩擦因数仍低于干摩擦,呈现"初始-爬升-稳定"3个阶段,其磨损机制为磨粒磨损和剥层。     

AZ31B镁合金在不同温度下的微动磨损行为

采用球/平面接触方式在自制的试验设备上对AZ31B镁合金进行切向微动磨损试验,研究了AZ31B镁合金在20,100,200,300℃下的微动磨损行为,并分析了其磨损机制和摩擦氧化作用。结果表明:在不同试验温度下,镁合金的微动主要通过滑移来实现;随着试验温度的升高,上升阶段时的摩擦因数增大,摩擦因数到达峰值和稳定阶段所需的循环次数减小;随着试验温度的升高,AZ31B镁合金的磨损体积和摩擦副的总磨损体积均先减小后增大,200℃时,AZ31B镁合金的磨损体积最小;在微动磨损过程中,AZ31B镁合金磨痕表面的摩擦氧化起主导作用;当试验温度低于200℃时,AZ31B镁合金磨痕表面形成了铁的氧化物转移膜,磨损体积随试验温度的升高而减小,但在300℃时,铁的氧化物转移膜被破坏,磨损体积增大。     

纳米Al2O3/Ni复合电刷镀层的微动磨损特性

利用电刷镀技术制备了纳米Al2O3/Ni复合镀层,研究了镀层与GCr15摩擦副从室温到500℃的微动磨损特性,并采用扫描电子显微镜观察了磨痕微观形貌.结果表明:镀层的微动运行区域包括部分滑移区、混合区和滑移区;在微动初期迅速增大的摩擦因数在稳定阶段有所降低;随着试验温度的上升,摩擦因数显著降低,但当试验温度为500℃时,摩擦因数又有所上升;复合电刷镀层的显微硬度随温度升高而显著下降,导致其抗磨损性能降低.复合电刷镀层在室温下的微动损伤主要表现为剥层,而在200℃以上时主要表现为剥层和粘着.     

四种核电用包壳材料的微动磨损性能研究

在切向微动磨损试验机上对4种核电用包壳材料(Zr合金、Zr/Cr涂层、FeCrAl和ODS-FeCrAl)进行切向微动磨损试验,考察不同包壳材料的微动磨损特性.研究结果表明:不同包壳材料的摩擦因数、耗散能曲线和形变有显著差异;4种包壳材料在切向微动过程中均处于部分滑移区.通过分析磨痕微观形貌和磨痕轮廓,发现ODS-Fe...     

2.25Cr1Mo传热管切向微动磨损性能研究

钠冷快堆换热器中的冷却剂与构件之间的流致振动会导致传热管发生微动磨损。以钠冷快堆换热器传热管候选材料2.25Cr1Mo钢为研究对象，研究其在不同法向载荷(10、20、30 N)下的切向微动磨损行为和损伤演变规律；采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及EDS对磨痕的形貌及摩擦化学反应进行分析；通过白光干涉仪获得传热管的磨损量。结果表明：随着法向载荷的增加，2.25Cr1Mo钢的微动模式由完全滑移转变为部分滑移，摩擦因数、磨损体积随着法向载荷的增加先增加后减小；当载荷为10～20 N时，2.25Cr1Mo钢的主要磨损机制为磨粒磨损、分层剥落以及氧化磨损，当载荷为30 N时，主要磨损机制为黏着磨损、塑性变形和氧化磨损。     

钛合金在水介质中的微动磨损特性研究

在SRV实验机上对TC11钛合金在水中进行微动磨损研究，研究了载荷大小、振幅等对摩擦因数和磨损量的影响。结果表明，钛合金在水中微动的摩擦因数虽然随载荷或振幅的变化无规律可循，但随着振幅的减小却越来越稳定；其磨损量均随着载荷或振幅的增加而增加；小振幅时的磨损机制符合疲劳脱层理论，而大振幅时则主要是磨粒磨损机制。